李志強

(山西省關(guān)帝山國有林管理局，山西 文水 032104)

土壤，是一個復(fù)雜的自然結(jié)構(gòu)體，是植物開展有效生長活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，是農(nóng)林牧業(yè)中的基本生產(chǎn)資料。土壤能供植物利用的礦質(zhì)營養(yǎng)元素極其有限，若不借助增施礦質(zhì)肥料等方法予以補充，土壤肥力將會日趨減弱，植物的生長量也會隨之降低。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，不存在施肥對土壤肥力的影響，但如果林分結(jié)構(gòu)比較單一，植物長期生長也可能造成林地內(nèi)土壤環(huán)境的退化。故而，了解森林與土壤之間的關(guān)系，對土壤理化性質(zhì)進行分析，在自然生態(tài)環(huán)境的保護及旅游產(chǎn)業(yè)的合理開發(fā)中具有重要的意義。

山西龐泉溝自然保護區(qū)內(nèi)森林植物類型極具代表性，是典型的華北高海拔地帶植物，其植物種類主要包括寒溫性針葉混交林，溫性闊葉混交林以及針闊葉混交林。該自然保護區(qū)內(nèi)的主要成林樹種之一為華北落葉松。森林植被具有水源涵養(yǎng)和水土保持功能，但由于保護區(qū)內(nèi)部分人工林結(jié)構(gòu)單一，林下植被較為稀少，長期生長可能增加保護區(qū)內(nèi)土壤理化性質(zhì)退化的危險，且越來越多的人為活動也影響著土壤的物理性質(zhì)，使土壤受侵蝕的可能性增加，對當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的保護和發(fā)展極為不利。故而，筆者通過對總碳、pH值、含水量、硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、速效鉀、速效磷等的測定來分析評價山西龐泉溝落葉松林土壤的理化性質(zhì)，以期為該區(qū)林木經(jīng)營以及森林保護提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

山西龐泉溝自然保護區(qū)位于呂梁山脈中段，隸屬關(guān)帝林區(qū)，為國家級自然保護區(qū)。區(qū)內(nèi)最高點為主峰關(guān)帝山，海拔2 831 m；最低海拔為1 500 m.本試驗取樣地在呂梁山脈中段的關(guān)帝山，其地理坐標為111°21′～111°37′E，37°45′～37°59′N，海拔1 600 m～2 830 m.該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性山地氣候區(qū)，年平均氣溫4.3 ℃，年平均降水量822.6 mm，降雨多發(fā)期一般在7月至9月，該時段降水量占全年降水量的83%以上。

關(guān)帝林區(qū)內(nèi)優(yōu)勢喬木樹種為華北落葉松、油松、云杉、白杄、遼東櫟、樺木、紅樺以及山楊等，林相較為整齊。由低海拔至高海拔，土壤類型依次為山地褐土、山地淋溶褐土、山地棕壤、亞高山草甸土。由于喬木層的林冠郁閉度不同，林下的灌草層植被明顯不同。

2 試驗材料與方法

2.1 樣地選擇

2018年6月至8月，在龐泉溝自然保護區(qū)內(nèi)選取具有代表性的華北落葉松人工林，樣地的選擇標準為：林下生長狀況良好,優(yōu)勢木或亞優(yōu)勢木株數(shù)適中,林下更新較好。隨機設(shè)計100 m×100 m的樣地，緩沖區(qū)為20 m.

林地土壤基本屬性見表1.

2.2 土壤取樣

表1 林地土壤基本屬性

以左下角為原點，自下而上，自左而右，將整個樣地劃分為連續(xù)的10 m×10 m樣方。在每10 m相交的位置都埋設(shè)水泥樁，4個角和中心樁為大水泥樁，共5個，邊界設(shè)小水泥樁，中間是PVC管，用紅色記號筆進行標記。

在樣地中心及對角線位置共選擇9個樣方，分別為01,02，……，09，如圖1所示。在每個樣方內(nèi)

圖1 樣地示意圖

用土鉆鉆取30 cm的土壤，從上到下分3層依次取樣。裝入封口袋中，并記錄編號，以01樣方為例，編號為01-1，01-2,01-3.將采好的土壤樣品打包，帶回實驗室，經(jīng)過風(fēng)干、研磨、過篩之后，留樣待測。

2.3 土壤有效養(yǎng)分的測定

2.3.1 土壤物理性質(zhì)測定

1) 土壤含水量。本試驗中，土壤含水量的測定采用風(fēng)干土樣水分的方法進行。測定時，把土壤樣品放入到105 ℃的烘箱中，烘烤至樣品質(zhì)量不再發(fā)生變化，烘烤前后土壤樣品的差值即可代表土壤樣品中所含水分的重量。

2) 土壤容重。本試驗選用環(huán)刀法來測定土壤容重。

2.3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)測定

1) 土壤pH的測定。采用電位計法測定，水∶土=2.5∶1.0.

2) 全磷測定。采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定。鉬銻抗試劑的有效期為24 h，實驗過程中應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用。

3) 速效鉀的測定。將風(fēng)干的土壤樣品用孔徑為2 mm的篩子過篩，然后稱取5.0 g(精度要求達到0.01 g)放入浸提瓶中，加入50 mL 1 mol/L的乙酸銨溶液并塞好瓶塞，在振蕩器上振蕩30 min后，用干濾紙過濾，可直接用火焰光度計來測定濾液中鉀的含量，記錄檢流計的讀數(shù)。通過查工作曲線可得到待測液中鉀(K)的濃度(μg/mL)。

繪制工作曲線：用鉀標準系列溶液(0 μg/mL)將火焰光度計上的檢流計讀數(shù)調(diào)至零，然后按照濃度由稀到濃的順序，測定鉀標準系列溶液在檢流計上的讀數(shù)。分別以檢流計讀數(shù)和鉀溶液濃度(μg/mL)為橫縱坐標，在方格紙上繪制工作曲線。

4) 銨態(tài)氮的測定。采用2 mol/L KCl浸提-蒸餾法測定。用2 mol/L KCl浸提土壤，把吸附在土壤膠體上的NH4+及水溶性NH4+浸提出來。取出1份浸出液，加入MgO在半微量定氮蒸餾器中蒸餾。然后用H3BO3吸收蒸出的氨，并用標準酸溶液滴定，以此計算土壤的NH4+-N含量。

5) 硝態(tài)氮的測定。采用酚二磺酸比色法測定，儀器有分光光度計、瓷蒸發(fā)皿、水浴鍋。

在蒸干水分的條件下，土壤浸提液中的硝態(tài)氮能和酚二磺酸試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硝基酚二磺酸。該反應(yīng)產(chǎn)物在酸性介質(zhì)中為無色，堿化后變成穩(wěn)定的黃色，一定范圍內(nèi)，黃色隨硝態(tài)氮含量的增加而加深，隨硝態(tài)氮含量的降低而變淺，在400 nm～425 nm處(或用藍色濾光片)可以進行比色測定。酚二磺酸法靈敏度很高，可測出溶液中0.1 mg/L硝態(tài)氮,其測定范圍為0.1 mg/L～2.0 mg/L.

6) 總碳的測定。實驗儀器選用ssm-5000 a有機碳固體分析儀，實驗原理是基于非色散紅外法。

土樣用管式高溫爐灼燒產(chǎn)生的二氧化碳，被乙醇-乙醇胺吸取液吸取，用百里酚酞作為指示劑，用乙醇鉀標準溶液滴定，可以測出總碳含量。

2.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel軟件整理數(shù)據(jù)，并進行圖表繪制。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤pH的測定

土壤pH值的大小是影響土壤養(yǎng)分有效性的因素之一，也是影響土壤中化學(xué)物質(zhì)在土壤里遷移轉(zhuǎn)化的重要因素之一。樣地土壤pH值見圖2.

圖2 土壤pH值

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析可知，落葉松人工林土壤pH值在6.4～7.3之間。由圖2可以看出，山西龐泉溝落葉松林的土壤為中性偏弱酸性土壤，在適合華北落葉松健康生長的最適土壤范圍之內(nèi)。隨土層加深，土壤的pH值增大。

3.2 土壤物理性質(zhì)的測定

落葉松林土壤含水量及容重見圖3.

圖3 落葉松林土壤含水量及容重

土壤容重與土壤松緊程度的關(guān)系見表2.

表2 土壤容重與土壤松緊程度的關(guān)系

試驗數(shù)據(jù)表明，山西龐泉溝落葉松林土壤容重<1.10 g/cm3，較為疏松。說明林地具有較強的蓄水能力，含水量較高。

3.3 土壤總碳的測定

土壤有機碳能夠為植物提供生長所需養(yǎng)分，也是土壤微生物維持生命活動的最主要能量來源。同時，土壤有機碳還能改善土壤的理化性質(zhì)，增強土壤的抗腐蝕能力。樣地總碳含量見第25頁圖4.

圖4 總碳含量

由圖4可以看出，土層越深，土壤中碳儲量越低。這是由于在林分結(jié)構(gòu)比較完整、環(huán)境結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定、地表植物豐富的土壤中，林下枯落物也豐富，土壤的腐殖質(zhì)層較厚，土壤中有機碳的積蓄也就越豐富。土層表面枯落物多，分解程度高，故而土層表面碳儲量相對較高。而隨著土層深度增加，由于植物根系生長吸收等方面的原因，碳儲量則相對較低。

3.4 土壤氮素的測定

土壤中氮素含量是限制植物生長的重要營養(yǎng)元素之一，也是最容易消耗的土壤營養(yǎng)元素之一。在森林生態(tài)系統(tǒng)限制樹木生長的諸多因素中，氮素含量最為重要。樣地硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量見圖5.

圖5 硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量

陸地植物氮素營養(yǎng)主要來源于土壤，而土壤中氮素的來源主要依賴于植物枯枝落葉及根系的腐爛。由圖5可以看出，土壤表層氮素含量較高，土層越深，氮素含量越低。對比圖3分析可知，土壤氮素含量也與土壤含水量有關(guān)，土壤含水量越高，氮素含量越高；反之，則越低。

3.5 土壤速效鉀與磷的測定

在植物體內(nèi)，磷參與了許多重要化合物的結(jié)構(gòu)組成及代謝過程，在很大程度上增強了植物的抗逆性。植物必須通過土壤獲取生長所需的磷素，故而，土壤中磷含量的多少對植物生長具有重要意義。在自然土壤中，磷的含量取決于土壤的成土母質(zhì)類型、土壤的風(fēng)化程度以及土壤中磷的淋出情況。

鉀在植物生長中可提高酶的活性，增強光合作用，促進蛋白質(zhì)的合成等。土壤中的鉀一般都儲存在土壤礦物的晶格中或晶層間，因此，土壤中鉀含量也跟土壤的成土母質(zhì)類型以及土壤的風(fēng)化程度有關(guān)。

樣地速效鉀和速效磷含量見圖6.

圖6 速效鉀和速效磷含量

土壤容重可能會影響土壤表層磷的分布，并對土壤表層磷有著顯著的節(jié)流作用。結(jié)合圖3，圖6對比分析可知，土壤含水量越高，土壤容重越大，則土壤中磷和鉀的含量越高。由圖6可知，鉀的含量隨土層深度的加深逐漸減少，而磷素的含量與之關(guān)系不大。

4 結(jié)論

4.1 山西龐泉溝落葉松林土壤物理性質(zhì)

1) 樣地土壤含水量的變化范圍為4.20%～8.40%，土壤含水量的多少與土壤深度關(guān)系不大，但對土壤容重有一定的影響。

2) 樣地土壤容重的變化范圍為0.72 g/cm3～1.82 g/cm3，土壤疏松多孔，保水、保肥能力強。

4.2 山西龐泉溝落葉松林土壤化學(xué)性質(zhì)

1) 山西龐泉溝落葉松林土壤pH值變化范圍為6.4～7.3，土壤為中性或弱酸性土壤，在落葉松的最適生長范圍內(nèi)。

2) 總碳的變化范圍為0.60 g/kg～3.43 g/kg.

其中，表層土壤碳儲量相對較高，下層土壤碳儲量較低。

3) 硝態(tài)氮的變化范圍為6.09 mg/kg～57.36 mg/kg，銨態(tài)氮的變化范圍為8.79 mg/kg～50.52 mg/kg，氮素含量的多少與土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系。

4) 速效磷的變化范圍為1.88 mg/kg～12.50 mg/kg，磷含量的多少與土壤容重密切相關(guān)，土壤容重越大，磷含量越多，反之則越小。

5) 速效鉀的變化范圍為10.76 mg/kg～189.36 mg/kg，鉀在土壤表層含量最高。